VIROLOGIA: STORIA, COSA STUDIA, TIPI DI VIRUS, ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

La virologia è la branca della biologia che studia l'origine, l'evoluzione, la classificazione, la patologia e le applicazioni biomediche e biotecnologiche dei virus. I virus sono piccole particelle, 0,01–1 µm, la cui informazione genetica è esclusivamente per la loro replica.

I geni dei virus vengono decodificati dal meccanismo molecolare della cellula infetta per la moltiplicazione. Pertanto, i virus sono parassiti intracellulari obbligati dipendenti dalle funzioni metaboliche delle cellule viventi.

Fonte: Crediti fotografici: Cynthia Goldsmith Provider di contenuti: CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr. ML Martin

Il materiale genetico più abbondante del pianeta corrisponde a quello dei virus. Infettano altri virus e tutti gli esseri viventi. I sistemi immunitari non sempre si difendono con successo dai virus: alcune delle malattie più devastanti dell'uomo e degli animali sono causate dai virus.

Le malattie virali umane includono febbre gialla, poliomielite, influenza, AIDS, vaiolo e morbillo. I virus sono coinvolti in circa il 20% dei tumori umani. Ogni anno, le infezioni virali respiratorie e intestinali uccidono milioni di bambini nei paesi in via di sviluppo.

Alcuni virus sono utili per la tipizzazione dei batteri, come fonti di enzimi, per il controllo dei parassiti, come agenti antibatterici, per combattere il cancro e come vettori genici.

Storia

Alla fine del XIX secolo, Martinus Beijerinck e Dmitri Ivanovski determinarono indipendentemente che i filtrati privi di batteri delle piante di tabacco malate contenevano un agente in grado di infettare le piante sane. Beijerinck ha chiamato questo agente contagium vivum fluidum.

Ora sappiamo che i filtrati Beijerinck e Ivanovski contenevano il virus del mosaico del tabacco. Sempre nel XIX secolo, Friedrich Loeffler e Paul Frosch conclusero che l'afta epizootica nei bovini è causata da un agente non batterico.

Nel primo decennio del XX secolo, Vilhelm Ellerman e Olaf Bang hanno dimostrato la trasmissione della leucemia nei polli, utilizzando filtrati privi di cellule. Questi esperimenti hanno permesso di concludere che esistono virus animali che possono causare il cancro.

Nella seconda decade del XX secolo, Frederick Twort ha osservato la lisi dei micrococchi su piastre di agar in cui stava cercando di far crescere il virus del vaiolo, assumendo che questa lisi fosse stata causata da un virus o da enzimi di batteri. Da parte sua, Felix d'Hérelle ha scoperto che i bacilli che causano la dissenteria sono stati lisati da virus che ha chiamato batteriofagi.

Nel 1960 Peter Medawar ricevette il Premio Nobel per aver scoperto che i virus contenevano materiale genetico (DNA o RNA).

Tipi di virus

I virus sono classificati in base alle caratteristiche che possiedono. Queste sono la morfologia, il genoma e l'interazione con l'ospite.

La classificazione basata sull'interazione del virus con l'ospite si basa su quattro criteri: 1) produzione di una progenie infettiva; 2) se il virus uccide o meno l'ospite; 3) se ci sono sintomi clinici; 4) durata dell'infezione.

Il sistema immunitario gioca un ruolo importante nell'interazione tra virus e ospite perché determina lo sviluppo dell'infezione. Quindi l'infezione può essere acuta e subclinica (il virus viene eliminato dall'organismo), oppure persistente e cronica (il virus non viene eliminato dall'organismo).

La classificazione basata sulle differenze genomiche (Baltimore System) e la classificazione tassonomica, che tiene conto di tutte le caratteristiche dei virus, sono i sistemi oggi più utilizzati per catalogare i virus.

Classificazione basata sulla morfologia

Per comprendere questa classificazione è necessario conoscere le parti che compongono un virus. I virus sono costituiti da un genoma e un capside e possono o meno avere una busta. Il genoma può essere DNA o RNA, a singolo o doppio filamento, lineare o circolare.

Il capside è una struttura complessa composta da molte subunità proteiche virali identiche, chiamate capsomeri. La sua funzione principale è proteggere il genoma. Serve anche a riconoscere e legarsi alla cellula ospite e ad assicurare il trasporto del genoma nella cellula.

L'involucro è la membrana composta da lipidi e glicoproteine ​​che circonda il capside. È derivato dalla cellula ospite. Varia notevolmente in termini di dimensioni, morfologia e complessità. La presenza o l'assenza di buste serve come criterio per la classificazione dei virus.

Si riconoscono tre categorie di virus senza involucro: 1) isometrici, di forma approssimativamente sferica (icosaedri o icosadeltahedrons); 2) filamentoso, con una semplice forma ad elica; 3) complesso, senza le forme precedenti. Alcuni virus, come il batteriofago T2, combinano le forme isometriche e filamentose.

Se il virus è avvolto, possono anche essere assegnati a categorie morfologiche in base alle caratteristiche del nucleocapside all'interno della membrana.

Classificazione basata sul genoma: sistema di Baltimora

Questa classificazione, proposta da David Baltimore, considera la natura del genoma del virus in termini di meccanismo che utilizza per replicare l'acido nucleico e trascrivere l'RNA messaggero (mRNA) per la biosintesi delle proteine.

Nel sistema di Baltimora, i virus il cui genoma RNA ha lo stesso senso dell'mRNA sono chiamati virus con RNA senso positivo (+), mentre i virus il cui genoma ha senso opposto (complementare) all'mRNA sono chiamati virus con RNA senso negativo (-). I virus del genoma a doppio filamento vanno in entrambe le direzioni.

Uno svantaggio di questa classificazione è che i virus che hanno meccanismi di replica simili non condividono necessariamente altre caratteristiche.

Baltimore System Classes

Classe I. Virus con genoma di DNA a doppia elica. Trascrizione simile a quella della cellula ospite.

Classe II. Virus con un genoma di DNA a filamento singolo. Il DNA può essere di polarità (+) e (-). Convertito in doppio filamento prima della sintesi dell'mRNA.

Classe III. Virus con genoma di RNA a doppio filamento (dsRNA). Con genoma segmentato e mRNA sintetizzato da ogni segmento del modello di DNA. Enzimi che partecipano alla trascrizione codificati dal genoma del virus.

Classe IV. Virus con genoma di RNA a filamento singolo (ssRNA), polarità (+). Sintesi dell'mRNA preceduta dalla sintesi del filamento complementare. La trascrizione è simile a quella della classe 3.

Classe V. Virus con genoma ssRNA di senso opposto a quello dell'mRNA senso (-). Sintesi di mRNA che richiede enzimi codificati da virus. La produzione di nuove generazioni del virus richiede la sintesi di dsRNA intermedio.

Classe VI. Virus con genoma ssRNA che produce dsDNA intermedio prima della replicazione. Utilizza enzimi trasportati dal virus.

Classe VII. Virus che replicano il loro dsDNA tramite un ssRNA intermedio.

Classificazione tassonomica

Il Comitato internazionale per la tassonomia dei virus ha stabilito uno schema tassonomico per classificare i virus. Questo sistema utilizza l'ordine delle divisioni, famiglia, sottofamiglia e genere. C'è ancora un dibattito sull'applicazione del concetto di specie ai virus.

I criteri utilizzati per la classificazione tassonomica sono la gamma dell'ospite, le caratteristiche morfologiche e la natura del genoma. Inoltre, vengono considerati altri criteri, come la lunghezza della coda fagica (virus che infetta i batteri), la presenza o l'assenza di alcuni geni nei genomi e le relazioni filogenetiche tra i virus.

Un esempio di questa classificazione è: ordine Mononegavirales; famiglia Paramyxoviridae; Sottofamiglia Paramyxovirinae, genere Morbillivirus; specie, virus del morbillo.

I nomi di famiglie, sottofamiglie e generi sono ispirati al luogo di origine, all'ospite o ai sintomi della malattia causata dal virus. Ad esempio, il fiume Ebola nello Zaire dà il nome al genere Ebola; il mosaico del tabacco dà il nome al genere Tomabovirus.

Molti nomi di gruppi di virus sono parole di origine latina o greca. Ad esempio, Podoviridae, deriva dal greco podos, che significa piede. Questo nome si riferisce ai fagi a coda corta.

Esempi di virus

Virus influenzale

Infettano uccelli e mammiferi. Hanno morfologia diversa, con busta. Genoma di RNA a filamento singolo. Appartengono alla Classe V di Baltimora e alla famiglia Orthomyxoviridae.

I virus influenzali appartengono a questa famiglia. La maggior parte dei casi di influenza sono causati dai virus dell'influenza A. Le epidemie causate dai virus dell'influenza B si verificano ogni 2-3 anni. Quelli prodotti dai virus dell'influenza C sono meno frequenti.

Il virus dell'influenza A ha causato quattro pandemie: 1) l'influenza spagnola (1918-1919), un sottotipo del virus H1N1 di origine sconosciuta; 2) influenza asiatica (1957-1958), sottotipo H2N2, di origine aviaria; 3) influenza di Hong Kong (1968-1969), sottotipo H3N3, di origine aviaria; 4) influenza suina (2009-2010), sottotipo H1N1, di origine suina.

La pandemia più devastante conosciuta è stata causata dall'influenza spagnola. Ha ucciso più persone della prima guerra mondiale.

Le lettere H e N provengono rispettivamente dalle glicoproteine ​​di membrana emoagglutinina e neuraminidasi. Queste glicoproteine ​​sono presenti in una grande varietà di forme antigeniche e sono coinvolte in nuove varianti.

Retrovirus

Infettano mammiferi, uccelli e altri vertebrati. Morfologia sferica, con busta. Genoma di RNA a filamento singolo. Appartengono alla classe VI di Baltimora e alla famiglia dei Retroviridae.

Il virus dell'immunodeficienza umana (HIV), genere Lentivirus, appartiene a questa famiglia. Questo virus provoca danni al sistema immunitario della persona infetta, rendendola suscettibile alle infezioni da batteri, virus, funghi e protozoi. La malattia causata dall'HIV è nota come sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS).

Anche altri generi appartenenti ai Retroviridae causano gravi malattie. Ad esempio: Spumavirus (virus birichino scimmiesco); Epsilonretrovirus (virus del sarcoma dermico di Walleye); Gammaretrovirus (virus della leucemia murina, virus della leucemia felina); Betaretrovirus (virus del tumore mammario murino); e Alpharetrovirus (virus del sarcoma di Rous).

Virus dell'herpes

Infetta mammiferi, uccelli e vertebrati a sangue freddo. Morfologia del virus: capsula icosaedrica, con busta. Genoma del DNA a doppio filamento. Appartengono alla classe I di Baltimora e all'ordine dell'herpesvirus.

Alcuni membri sono: Herpes simplex virus 2 (causa l'herpes genitale); citomegalovirus umano (causa difetti alla nascita); Sarcoma di KaposiB ^™ dell'herpesvirus (causa il sarcoma di Kaposi); Virus EpsteinBƂBarr o EBV (causa febbre ghiandolare e tumori).

Virus che causano la poliomielite e altri virus correlati

Infetta mammiferi e uccelli. Morfologia del virus: isometrica o icosaedrica. Genoma di RNA a filamento singolo. Appartengono alla classe Baltimora IV e alla famiglia Picornaviridae.

Alcuni generi di questa famiglia sono: Hepatovirus (causa l'epatite A); Enterovirus (causa la poliomielite); Aphthovirus (provoca l'afta epizootica).

Virus che causano rabbia e virus correlati

Infettano mammiferi, pesci, insetti e piante. Morfologia elicoidale, con busta. Genoma di RNA a filamento singolo. Appartengono alla classe V di Baltimora e alla famiglia Rhabdoviridae.

A questa famiglia appartengono i virus che provocano malattie come la rabbia, causate dal genere Lyssavirus; stomatite vescicolare, causata dal genere Vesiculovirus; e la patata nana gialla, causata dal genere Novirirhabdovirus.

Virus che causa l'eritrema infettivo

Infetta mammiferi, uccelli e insetti. Morfologia icosaedrica simmetrica. Genoma del DNA a filamento singolo. Appartengono alla Classe II di Baltimora e alla famiglia Parvoviridae.

Un membro di questa famiglia è il virus B19, appartenente al genere Erithrovirus, che causa nell'uomo l'eritrema infettivo, che di solito non produce sintomi. Il virus B19 infetta i precursori dei globuli rossi.

Alcuni membri di Parvoviridae sono usati come vettori genici.

Applicazioni antivirus

I virus possono essere utilizzati a beneficio dell'uomo costruendo virus ricombinanti. Hanno un genoma modificato dalle tecniche di biologia molecolare.

I virus ricombinanti sono potenzialmente utili per la terapia genica, il cui scopo è curare malattie specifiche o la produzione di vaccini.

L'HIV è stato utilizzato per costruire vettori genici (vettori lentivirali) per la terapia genica. Questi vettori hanno dimostrato di essere efficienti in modelli animali di malattia epiteliale del pigmento retinico, come la retinite pigmentosa causata da eredità autosomica recessiva o mutazioni.

I virus usati come vettori di vaccini dovrebbero avere un basso potenziale patogeno. Ciò viene verificato utilizzando modelli animali. È il caso dei vaccini sviluppati o in fase di sviluppo contro i virus del vaiolo, la stomatite vescicolare e l'Ebola.

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